Incoloy 800HT vs Alloy 600: Dlouhodobá-mikrostrukturální stabilita při 800–900 stupních

Incoloy 800HTa Alloy 600 jsou slitiny železa-niklu-chrómu a niklu-chrómu-železa, které se často používají pro součásti pecí, přípravky pro tepelné{5}}zpracování a procesní zařízení pracující v rozsahu 800–900 stupňů. Navzdory podobnému vzhledu v datovém listu stárnou velmi odlišně během tisíců hodin při teplotě: jeden je účelově-vytvořen pro dlouhodobou-pevnost při tečení, druhý pro odolnost proti korozi při nižších-teplotách v chemickém a jaderném provozu.

Tato příručka porovnává jejich chemii, chování srážení karbidu, strukturu zrna, pevnost při tečení{0}} a odolnost proti oxidaci/nauhličování, takže inženýři si mohou vybrat slitinu, která skutečně vydrží po více-letou servisní kampaň, místo aby předčasně selhala kvůli neočekávané mikrostrukturální změně.

Co jsou Incoloy 800HT a Alloy 600 a proč je porovnávat při 800–900 stupních?

Incoloy 800HT (UNS N08811) je železo-nikl-chromová slitina speciálně navržená pro vysokou-pevnost při vysokých teplotách a strukturální stabilitu, zatímco Alloy 600 (UNS N06600) je slitina niklu-chrómu-slitina niklu -chrómu-která se stává rozhodujícím rozdílem z hlediska odolnosti vůči korozi{9}. jsou drženy po delší dobu při 800–900 stupních.

Obě slitiny sdílejí v podstatě podobnou tří{0}}prvkovou bázi (nikl, chrom, železo), a proto jsou někdy srovnávány pro stejnou vysokoteplotní-aplikaci. Jejich strategie legování se však výrazně liší. Incoloy 800HT přidává kontrolovaný uhlík plus hliník a titan a specifikuje hrubší kontrolovanou velikost zrna, konkrétně pro maximalizaci pevnosti při tečení- nad 700 stupňů.

Slitina 600byl vyvinut pro vynikající odolnost vůči chloridům-indukovanému koroznímu praskání a kaustickému praskání v jaderných parogenerátorech a chemickém zpracování, přičemž strukturální pevnost za zvýšené{1}}teploty je sekundárním faktorem. Při 800–900 stupních vedou tyto různé cíle návrhu měřitelně odlišné dlouhodobé-mikrostrukturální chování.

Tabulka 1 - Reprezentativní rozsahy chemického složení podle specifikací ASTM/ASME (B407/B163 pro 800HT; B166/B168 pro Alloy 600). Ověřte podle aktuálních specifikací frézy pro konstrukční použití.

K jakým mikrostrukturálním změnám dochází v obou slitinách během dlouhodobého-vystavení vysokým-teplotám?

Obě slitiny procházejí precipitací karbidů, určitým vývojem chemie na hranicích zrn a postupnou ztrátou tažnosti při pokojové -teplotě během dlouhodobého vystavení při 800–900 stupních-, ale kontrolovaný uhlík a velikost zrna Incoloy 800HT jsou speciálně navrženy tak, aby tyto změny fungovaly ve prospěch pevnosti při tečení, zatímco u slitiny Alloy 600 je pravděpodobnější snížení obsahu jemné, nekontrolované struktury uhlíku. tažnost bez kompenzačního přínosu pevnosti.

Při trvale vysoké teplotě se chrom slučuje s uhlíkem a vytváří na chrom -bohaté karbidy (především M23C6), které mají tendenci nejprve nukleovat podél hranic zrn. V Incoloy 800HT je tato precipitace karbidu záměrně navržena: vyšší obsah uhlíku ve slitině a řízená hrubá velikost zrna (ASTM zrnitost 5 nebo hrubší) podporují semi{6}}spojitou{7}}síť karbidů na hranicích zrn, která spojuje hranice zrn a odolává mechanismu posuvu hranic zrn -, který je dominantním mechanismem tečení při těchto teplotách.

Ve slitině Alloy 600, která nebyla navržena s ohledem na tento zpevňovací mechanismus, stejná precipitace karbidu častěji vytváří souvislý film na hranicích zrn -bez odpovídající výhody zpevnění, což může lokálně ochudit chrom (zcitlivění) a snížit jak odolnost proti korozi, tak tažnost při tečení.

Jak se liší srážení karbidu mezi Incoloy 800HT a Alloy 600?

Incoloy 800HT je formulován tak, aby vytvářel řízenou, nespojitou karbidovou strukturu na hranicích zrn -, která zlepšuje pevnost při tečení, zatímco nižší a méně přísně kontrolovaný obsah uhlíku ve slitině Alloy 600 ji činí náchylnější k vytváření souvislého karbidového filmu, který podporuje mezikrystalové praskání při dlouhodobém{{3} tepelném vystavení a namáhání.

Tabulka 2 - Srovnávací chování srážení karbidu a záměr návrhu pro Incoloy 800HT a Alloy 600 při zvýšené teplotě.

Která slitina má lepší odolnost vůči Sigma fázi a dalším křehkým intermetalickým fázím?

Žádná ze slitin není vysoce náchylná k tvorbě sigma fáze ve srovnání s vysoce{0}}chromovými, molybdenovými-slitinami, ale konstrukce slitiny Incoloy 800HT a dlouhá provozní historie v rozsahu 800–900 stupňů jí dávají lepší-zdokumentovanou odolnost vůči křehkému fázovému{1} víceletému působení křehkosti{6} intermetal intermetal 600, který má kratší traťový rekord konkrétně v tomto teplotním rozsahu.

Sigma fáze a související křehké intermetalické látky se tvoří nejsnadněji ve slitinách s vysokým obsahem chrómu v kombinaci s molybdenem, wolframem nebo obsahem niobu při středních teplotách (zhruba 600–900 stupňů). Incoloy 800HT i Alloy 600 mají skromný obsah chrómu a zanedbatelný-až{6}}nízký obsah molybdenu ve srovnání se slitinami, jako je 625 nebo superaustenitická nerezová ocel, což omezuje riziko sigma fáze u obou. Incoloy 800HT má však desítky let zdokumentované použití v trubkách etylenových pyrolýzních pecí, katalytických koších a zařízeních pro tepelné{10}zpracování konkrétně při 800–1100 stupních, což metalurgům poskytuje mnohem větší objem údajů o dlouhodobém stárnutí potvrzující jeho mikrostrukturální stabilitu v tomto okně níže než u slitiny 0650 stupňů, což je více.6

Jak velikost zrna a hranice zrn ovlivňují dlouhodobou-stabilitu?

Hrubá velikost zrna specifikovaná u Incoloy 800HT přímo zlepšuje tečení-životnost při přetržení tím, že snižuje celkovou oblast hranic zrn, která je k dispozici pro klouzání hranic zrn, zatímco slitina Alloy 600 je typicky jemnější, mletá-žíhaná struktura zrna - dobrá pro pokojovou-tepelnou tažnost a odolnost proti tečení 80} zvyšuje odolnost proti tečení a 9{06 stupně .

Creepové deformaci při vysoké teplotě a nízkém{0}}až{1}}středním napětí dominuje klouzání po hranicích zrn a difúze podél hranic zrn. Hrubší struktura zrna má úměrně menší celkovou hraniční plochu zrna na jednotku objemu, což přímo zpomaluje tento deformační mechanismus a prodlužuje dobu do přetržení. Specifikace mlýna Incoloy 800HT vyžaduje specificky řízenou hrubou velikost zrna pro využití tohoto vztahu. Slitina 600, vyráběná primárně pro korozní aplikace, kde jemná velikost zrna zlepšuje odolnost vůči mezikrystalové korozi a praskání při nižších teplotách, se obvykle dodává s jemnější strukturou zrna, která je metalurgicky kontraproduktivní pro trvalé tečení při vysokých-teplotách.

Která slitina má lepší tečení-mez pevnosti při 800–900 stupních?

Incoloy 800HT poskytuje podstatně vyšší pevnost při tečení-než Alloy 600 při 800–900 stupních, což je hlavní důvod, proč je - spíše než Alloy 600 - standardně specifikovanou slitinou pro konstrukční součásti s dlouhou-trvanlivostí v tomto teplotním rozsahu.

Tabulka 3 - Kvalitativní srovnání vhodnosti návrhu protržení-tečení. Skutečné povolené hodnoty namáhání jsou specifické pro teplotu-, čas- a -vydání- kódu; číselné hodnoty naleznete v aktuální části D ASME Section II nebo v příslušném konstrukčním předpisu.

Jak se při těchto teplotách srovnává odolnost proti oxidaci a nauhličování?

Vyšší obsah chrómu v Incoloy 800HT jí dává vynikající odolnost proti oxidaci při 800–900 stupních na vzduchu a v mírně oxidačních atmosférách, zatímco mnohem vyšší obsah niklu u Alloy 600 jí dává výhodu v silně nauhličovaných nebo redukčních atmosférách, kde nižší rozpustnost uhlíku a difuzivita ve vysoké -niklové matrici limituje nabírání uhlíku.

Tabulka 4 - Porovnání odporu specifického prostředí- mezi Incoloy 800HT a Alloy 600.

Která slitina lépe odolává kovovému prachu při vysoké teplotě?

Alloy 600 obecně nabízí lepší odolnost proti kovovému prachu než Incoloy 800HT v prostředí procesních plynů bohatých na uhlík -s nízkým{3}}kyslíkem, protože její podstatně vyšší obsah niklu účinněji potlačuje přesycení uhlíkem, které iniciuje útok kovového prachu.

Kovový prach je katastrofální forma nauhličení, ke které dochází v atmosféře uhlíku-přesyceného plynu zhruba mezi 400–800 stupni, kde se povrch slitiny rozpadá na prach jemných kovových částic a uhlíku. Nikl má mnohem nižší rozpustnost a difuzivitu uhlíku než železo, takže slitiny s vyšším obsahem niklu obecně odolávají iniciaci kovového prachu lépe než slitiny bohaté na železo s podobným obsahem chrómu.

Vzhledem k tomu, že Alloy 600 obsahuje více než dvojnásobný obsah niklu než Incoloy 800HT, obvykle si vede lépe v prostředích s vysokým obsahem -plynu, syntézního plynu a dalších uhlíkových{3}}aktivit-, kde je dominantní hrozbou kovový prach, i když Incoloy 800HT zůstává silnější volbou pro čistě strukturální tečení v oxidační atmosféře.

Co ukazují dlouhodobé-studie stárnutí o ztrátě tvárnosti?

Obě slitiny ztrácejí určitou tažnost za pokojové-teploty po tisících hodinách při 800–900 stupních v důsledku precipitace karbidů na hranicích zrn, ale řízená morfologie karbidu u Incoloy 800HT obecně vede k předvídatelnějšímu postupnému úbytku tažnosti než slitina 600, která může vykazovat ostřejší křehkost, pokud se karbidové filmy se souvislým zrnem stanou křehkými.

Ztráta tažnosti během dlouhodobého-stárnutí je primárně způsobena přechodem z izolovaných, nespojitých karbidů na hranicích zrn-na souvislou karbidovou síť, která poskytuje snadnou cestu pro šíření mezikrystalových trhlin, jakmile se materiál ochladí a je zatížen při pokojové teplotě (například během odstávky nebo tepelného cyklu). Konstrukce slitiny Incoloy 800HT - včetně příměsí hliníku a titanu, které také tvoří jemné intragranulární precipitáty -, pomáhá vyvážit tvorbu karbidu na hranicích zrn a celkové zpevňování matrice, což vede k tolerantnějšímu dlouhodobému-stárnutí. Vzhledem k tomu, že precipitace karbidu slitiny 600 není designově podobně vyvážena, může trvalé vystavení při 800–900 stupních vytvořit souvislejší karbidovou síť na hranicích zrn a odpovídající výraznější pokles tažnosti při pokojové teplotě během dlouhých servisních kampaní.

Která slitina by měla být vybrána pro konkrétní-teplotní aplikace?

Incoloy 800HT by měl být výchozím výběrem pro konstrukční součásti s dlouhou životností{1}} pracující nepřetržitě při 800–900 stupních v oxidačních atmosférách, zatímco Alloy 600 zůstává lepší volbou tam, kde je dominantním způsobem selhání odolnost proti nauhličování nebo kovovému prachu nebo kde součást také vyžaduje vynikající odolnost vůči korozi vyvolané chloridy při nižších teplotách.

Trubky pece pro ethylenovou pyrolýzu, podpěrné koše katalyzátoru a závěsy sálavých trubek: Rozhodujícími požadavky jsou pevnost v tečení a odolnost proti oxidaci Incoloy 800HT -.

Přípravky pro tepelné{0}}zpracování, mufle a retorty pracující nepřetržitě nad 800 stupňů: Incoloy 800HT - dlouhodobá-rozměrová stabilita při zatížení je kritická.

Syngas, reformátor vodíku a další procesní komponenty bohaté na uhlík -aktivitu- pod teplotou přibližně 800 stupňů: Rozhodujícími požadavky jsou odolnost proti prachu a nauhličování slitiny 600 - kovu.

Komponenty, které cyklicky působí mezi vysokou-teplotou a nižším-teplotním vodným nebo chloridovým-ložiskům: Může být zapotřebí slitina 600 - kombinovaná s vysokou-teplotou a odolností proti chloridům SCC, ačkoliv u nových konstrukcí vyžadujících obojí je nyní často preferována slitina 690.

Aplikace ve smíšeném{0}}prostředí: podívejte se na konkrétní složení procesního plynu, úroveň napětí a požadovanou životnost, protože výběr slitiny při 800–900 stupních by měl být vždy ověřen podle rozhodujícího režimu selhání, nikoli pouze podle teploty.

Často kladené otázky

Slitina 600 vydrží krátkodobou-expozici při 900 stupních, ale pro nepřetržitý-nosný provoz po dobu tisíců hodin je Incoloy 800HT lepší volbou, protože její kontrolovaná velikost zrna a karbid/gama-primární zpevnění poskytují podstatně vyšší pevnost při tečení-při této teplotě.

Proč Incoloy 800HT specifikuje hrubou velikost zrna, když jemnější zrna obvykle zvyšují pevnost?

Jemná zrna zlepšují pevnost při pokojové teplotě a nízké teplotě tím, že odolávají dislokačnímu pohybu, ale při vysoké teplotě zvětšují celkovou oblast hranic zrn, která je k dispozici pro klouzání hranic zrn, což je dominantní mechanismus deformace při tečení nad zhruba 0,5 násobek bodu tání slitiny; hrubší struktura zrna tento efekt snižuje a prodlužuje životnost při tečení-.

Je Alloy 600 odolnější vůči korozi než Incoloy 800HT celkově?

Alloy 600 obecně nabízí lepší odolnost proti chloridovému koroznímu praskání a kovovému prachu díky vyššímu obsahu niklu, zatímco Incoloy 800HT nabízí lepší odolnost proti oxidaci v prostředí horkého vzduchu a spalin díky vyššímu obsahu chrómu, takže odpověď závisí spíše na konkrétním korozním prostředí než na jedné slitině, která je univerzálně odolnější vůči korozi.

Dělá-dlouhodobá expozice při 800–900 stupních některou slitinu nebezpečnou pro následné použití při pokojové teplotě?

Obě slitiny si zachovávají užitečnou tažnost za pokojové-teploty po dlouhodobém-vystavení vysokým-teplotám, i když je třeba počítat s určitým snížením a zohlednit při návrhu; součásti odstraněné z dlouhodobého-provozu při vysokých-teplotách by měly být před opětovným použitím zkontrolovány a tam, kde to vyžaduje příslušný kód, vyhodnoceny z hlediska trvalé způsobilosti k provozu.

Která slitina se více používá pro pece na krakování etylenu?

Materiál Incoloy 800HT a jeho odlévané protějšky (jako jsou HP-modifikované slitiny) jsou pro trubky etylenových pyrolýzních pecí mnohem běžnější než slitina Alloy 600, protože trubky jsou nosné-tlakové komponenty, které nepřetržitě pracují při teplotách, při kterých pevnost v tečení-určuje konstrukční životnost.